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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE INGENIERÍA
SEMESTRE 2009-1
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA HIDRÁULICA. LABORATORIO DE HIDRÁULICA, CUBÍCULO 63.
OBJETIVOS
Observar la descarga de un orificio de pared delgada y analizar el coeficiente de descarga y el gasto para diferentes cargas sobre el orificio. ANTECEDENTES
Concepto de gasto o caudal Ecuación de continuidad Ecuación de la energía Orificios de pared delgada Coeficientes de velocidad, contracción y descarga del orificio de pared delgada. DESARROLLO
Orificio lateral bajo carga constante 1. Establecer un nivel de agua con el aliviadero de carga
constante, como se muestra en la figura 1, y medir: • La carga H , en m, desnivel entre el centroide del
orificio y la superficie del agua en el tanque; • La distancia horizontal x , en m, entre la sección
contracta y el centro del chorro que choca en el piso; • El tiempo at en que se llena un volumen Vol en la
probeta, en s y m3 respectivamente. 2. Repetir el procedimiento del inciso 1 para cuatro
diferentes niveles de agua en el tanque. 3. Registrar la temperatura del agua en °C. Orificio de fondo bajo carga variable 4. Marcar los niveles correspondientes a una carga máxima
AH y a una carga mínima EH , en m, como se muestra en la figura 2. Cerciorarse que la carga mínima EH quede por encima de los tranquilizadores.
5. Obturar el orificio lateral y llenar el tanque hasta una carga mayor a AH .
6. Retirar el aliviadero de carga constante y medir el tiempo de vaciado mt entre las cargas AH y EH , en s.
REGISTRO DE DATOS
Orificio lateral bajo carga constante
Evento H m
x m
Vol m3
at s
1 2 3 4 5
Temperatura del agua: T =_____°C
Orificio de fondo bajo carga variable
AH = ________ m EH =________ m Tiempo de vaciado: mt = _________ s INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN
• Flexómetro • Cronómetro • Probeta • Termómetro.
Figura 1. Vista en elevación del depósito bajo carga constante Figura 2. Vista en planta y elevación del depósito bajo carga variable.
LABORATORIO DE HIDRÁULICA HIDRÁULICA BÁSICA
Práctica 3 Orificios M. I. Isis Ivette Valdez Izaguirre
www.ingenieria.unam.mx/hidrounam
m97.0
;m0127.00
=
=
y
D
m032.0
m;45.0
;m30.0
0 =
=
=
d
b
a
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE INGENIERÍA
SEMESTRE 2009-1
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA HIDRÁULICA. LABORATORIO DE HIDRÁULICA, CUBÍCULO 63.
MEMORIA DE CÁLCULO
Orificio lateral bajo carga constante 1. Para cada carga calcular: a) El gasto volQ , en m3/s, mediante la ecuación siguiente
avol t
VolQ =
b) La velocidad del chorro en la sección contracta, en m/s, con la ecuación de la trayectoria parabólica
ygx
V2
2
=
c) La velocidad teórica del chorro, en m/s, según Torricelli HgVT 2=
d) Los coeficientes experimentales adimensionales que se mencionan abajo, mediante las ecuaciones que aparecen a su lado:
• de velocidad Hg
VCv2
=
• de descarga HgA
QC
o
vold
2=
• de contracción v
dc C
CC =
e) El diámetro cD de la sección contracta del orificio circular con la expresión:
0DCD cc =
f) El número de Reynolds ν
02 DHgRe = del chorro
descargado, donde ν es la viscosidad cinemática del agua, en m2/s, y se obtiene de la figura 1.8 de la referencia 1.
2. Obtener los coeficientes de contracción, velocidad y
descarga con ayuda de la figura 6.4 de la referencia 1. 3. Con los coeficientes de descarga obtenidos en el inciso 2
correspondientes a las cargas medidas, calcular el gasto Q que descarga el orificio, en m3/s, mediante la ecuación
HgACQ d 20= donde
dC coeficiente de descarga, adimensional
0A área del orificio lateral, en m2 g aceleración de la gravedad, en m/s2.
4. Calcular el error relativo e, en por ciento, entre los gastos
obtenidos en el inciso 1a y el inciso 3 mediante la expresión siguiente:
100×−
=vol
vol
Q
QQe
5. Dibujar en papel milimétrico las curvas de gasto volQ y
Q del orificio.
Orificio de fondo bajo carga variable 6. Calcular el tiempo de vaciado t, en s, según la ecuación
6.40b de la referencia1
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−=
E
E
A
A
Qν
Qν
t 2
donde Aν volumen en el tanque , en m3, hasta el nivel AH
Ev volumen en el tanque, en m3, hasta el nivel EH
AQ gasto que descarga el orificio de fondo , en m3/s, con lacarga AH Ad HgACQ 20=
EQ gasto que descarga el orificio de fondo, en m3/s, con lacarga EH Ed HgACQ 20=
7. Comparar el tiempo de vaciado medido tm con el
calculado t en el inciso 6 y determinar el error relativo entre ambos mediante la ecuación
100×−
=m
m
t
tte
REFERENCIA
1. Sotelo, A. G., Hidráulica General, Editorial Limusa, México 2001.
2. http://es.wikipedia.org CUESTIONARIO
1. ¿Cómo varía el coeficiente de descarga cuando el número de Reynolds aumenta?
2. ¿Es correcto considerar el coeficiente de descarga constante cuando la carga es variable?, ¿Por qué?
3. ¿Qué error corrige el coeficiente de velocidad en la ecuación de Torricelli?
4. ¿Qué fuerza del flujo es la más importante en la descarga de un orificio?
5. ¿A qué atribuye que exista una sección contracta en el orificio?
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE INGENIERÍA
SEMESTRE 2009-1
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA HIDRÁULICA. LABORATORIO DE HIDRÁULICA, CUBÍCULO 63.
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ννDgHVD 2Re ==
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